ISA-95: uporządkuj MES, ERP i dane z produkcji

ISA-95 pomaga ustalić, jakie informacje powinny powstawać na hali, czym ma zarządzać MES, a co powinno pozostać w ERP. Standard porządkuje też sposób opisywania zleceń, materiałów, urządzeń i wyników produkcji. Z tego artykułu dowiesz się, jak czytać poziomy ISA-95, gdzie znajduje się system MES oraz jak połączyć ten model z OPC UA.

ISA-95 to międzynarodowy standard integracji systemów biznesowych z systemami zarządzania i sterowania produkcją. Jest publikowany również jako rodzina norm IEC 62264.

Standard opisuje działania realizowane w przedsiębiorstwie produkcyjnym, zakres odpowiedzialności poszczególnych warstw oraz informacje przekazywane między nimi. Istotna jest tu zwłaszcza granica między systemami zarządzającymi operacjami produkcyjnymi, takimi jak MES lub MOM, a systemami biznesowymi klasy ERP.

ISA-95 nie jest aplikacją, protokołem komunikacji czy projektem gotowym do wdrożenia, ani nie wskazuje konkretnego producenta oprogramowania.

Daje za to wspólny model, dzięki któremu produkcja, automatyka i IT mogą uzgodnić:

Ta różnica jest w tym miejscu kluczowa, bo samo połączenie dwóch aplikacji nie gwarantuje, że będą one tak samo rozumiały zlecenie, stanowisko, partię materiału czy przyczynę przestoju.

ERP przechowuje informacje o zamówieniach, produktach, materiałach i planowanych terminach, podczas gdy sterowniki zbierają dane bezpośrednio z maszyn, a MES zapisuje przebieg realizacji zleceń. Wyniki kontroli jakości często trafiają do osobnego systemu, dlatego pełny obraz produkcji powstaje dopiero po połączeniu kilku źródeł.

Dane leżą więc w kilku miejscach, ponieważ opisują różne etapy tego samego procesu. Luka zaczyna być widoczna, gdy firma próbuje odpowiedzieć na proste pytania:

Bez określonych zasad odpowiedzi często zależą od arkusza, ręcznego wpisu albo wiedzy pojedynczej osoby.

ISA-95 pomaga rozdzielić role systemów. Pozwala też przygotować wymagania dla MES i integracji bez zaczynania rozmowy od nazw ekranów, tabel bazodanowych czy konkretnych interfejsów.

ISA-95 może, między innymi, stanowić podstawę definiowania wymagań użytkowników, oceny dostawców oraz tworzenia systemów i baz danych MES.

Poziomy ISA-95: od procesu fizycznego do ERP

Najbardziej znanym elementem standardu jest podział na poziomy od 0 do 4. Często przedstawia się go jako piramidę automatyzacji.

Model nie powinien być jednak traktowany jak sztywny schemat infrastruktury, bo jego rolą jest pokazać przede wszystkim zakres działań i odpowiedzialności.

Systemy automatyki są związane głównie z poziomami 1 i 2. Zarządzanie operacjami produkcyjnymi mieści się na poziomie 3, natomiast ERP działa przede wszystkim na poziomie 4. Poziom 0 obejmuje z kolei sam proces fizyczny.

Granice w zakładzie nie zawsze przebiegają dokładnie według schematu. Rozbudowany ERP może zawierać funkcje harmonogramowania, sterownik może przechowywać parametry receptur i liczniki produkcyjne, a MES bywa rozszerzany o utrzymanie ruchu albo kontrolę jakości.

Dlatego przed przypisaniem aplikacji do poziomu warto przemyśleć, jaką decyzję system podejmuje, na podstawie jakich danych i za jaki obszar odpowiada.

ERP służy zwykle do planowania i rozliczania w skali biznesowej. Poziom 3 reaguje na bieżący przebieg zmian, operacji i zleceń, a poziomy 1 i 2 obsługują sterowanie maszynami oraz reakcje wymagane przez proces.

System MES znajduje się głównie na poziomie 3 modelu ISA-95. Jego rolą jest zarządzanie realizacją produkcji i przekazuje informacje między ERP a halą.

ERP może wysłać do MES:

MES wykorzystuje te informacje do prowadzenia zlecenia przez kolejne operacje. Rejestruje wykonane ilości, czas pracy, przestoje, zużycie materiałów, wyniki kontroli oraz osoby uczestniczące w realizacji.

Po zakończeniu operacji lub całego zlecenia system przekazuje do ERP rzeczywiste dane potrzebne do rozliczenia produkcji.

ERP tworzy zlecenie na 1000 sztuk komponentu i przekazuje je do MES. System produkcyjny kieruje zadanie na właściwą linię, zapisuje rozpoczęcie pracy oraz łączy zużyte partie materiału z wytwarzanym wyrobem.

Po zakończeniu serii MES rejestruje:

ERP otrzymuje dane o wykonaniu i może rozliczyć zlecenie. Kierownik produkcji nie czeka na ręczne zestawienie przygotowane po zmianie, a planista pracuje na aktualnym statusie.

Wartość MES wynika z zachowania kontekstu. Liczba 972 nie jest anonimowym odczytem z licznika. Dotyczy konkretnego zlecenia, produktu, operacji, maszyny, czasu i partii materiałowej.

MES, czyli Manufacturing Execution System, koncentruje się na zarządzaniu wykonaniem produkcji. Termin MOM, Manufacturing Operations Management, opisuje szerszy obszar operacji poziomu 3.

ISA-95 zalicza do niego cztery główne grupy działań:

Systemy oferowane jako MES mogą znacznie różnić się zakresem funkcjonalnym. Z tego względu sama nazwa produktu nie pozwala wiarygodnie ocenić jego możliwości.

Przy wyborze rozwiązania trzeba sprawdzić konkretne funkcje, model danych i odpowiedzialność za procesy. ISA-95 pomaga przygotować takie wymagania bez uzależniania ich od terminologii dostawcy.

Integracja często jest oceniana przez pryzmat technicznego połączenia. System wysłał komunikat, drugi go odebrał, więc interfejs zostaje uznany za działający. Często jednak pojawiają się błędy wynikające ze znaczenia danych.

ERP może traktować „Linię 1” jako miejsce rozliczenia kosztów. MES potrzebuje hierarchii obejmującej zakład, obszar, linię, stanowiska i urządzenia. Sterownik zna natomiast konkretne sygnały maszyny, takie jak praca, postój lub zakończenie cyklu.

ISA-95 opisuje modele pozwalające uporządkować między innymi:

Standard definiuje informacje wspólne dla wielu branż. Dane właściwe dla konkretnego zakładu, aplikacji lub procesu można rozwijać za pomocą dodatkowych właściwości.

Przed budową integracji należy więc ustalić jednoznaczne identyfikatory, właścicieli danych oraz zasady ich aktualizacji. Jeżeli status zlecenia może zmienić ERP, MES i operator w arkuszu, kolejny interfejs utrwali niespójność zamiast ją usunąć.

ISA-95 opisuje organizację działań i znaczenie informacji produkcyjnych. OPC UA zapewnia mechanizmy komunikacji oraz modelowania danych.

Oba standardy mają jednak różne zadania. OPC UA może przesłać odczyt, zdarzenie albo polecenie między urządzeniem i systemem nadrzędnym. ISA-95 pomoże Ci określić, czym jest przesyłana informacja oraz z jakim zasobem, zleceniem lub materiałem należy ją powiązać.

Sam odczyt licznika o wartości 972 ma ograniczoną wartość. Dopiero odpowiedni kontekst podpowie Ci czy chodzi o sztuki dobre, braki, cykle maszyny, ilość od początku zmiany czy wynik konkretnego zlecenia.

OPC Foundation przygotowała modele towarzyszące, które odwzorowują elementy ISA-95 za pomocą obiektów, zmiennych, typów danych, referencji i metod OPC UA. Obejmują one między innymi wyposażenie, zasoby fizyczne, personel i materiały.

Specyfikacja OPC UA for ISA-95 Job Control opisuje również obsługę zleceń, odpowiedzi na zlecenia oraz dostęp do statusów prac oczekujących, wykonywanych i zakończonych.

OPC UA nie zastępuje ISA-95, a ISA-95 nie konkuruje z OPC UA.

Jednym słowem, nie. B2MML to oparta na XML implementacja modeli ISA-95, stosowana do wymiany danych między systemami biznesowymi i produkcyjnymi.

Nie jest ona obowiązkowa. Ten sam model informacji można przekazywać przez API, komunikaty, pliki lub platformę integracyjną. Najpierw warto uzgodnić zawartość i znaczenie danych, a później ich techniczną formę.

Dobrze użyty model ułatwia określenie granic między systemami. ERP nie musi przejmować sterowania operacjami na linii, a sterownik nie staje się źródłem biznesowego statusu zlecenia.

Dzięki temu możesz ograniczyć:

Łatwiej też wtedy o dobrze działającą identyfikowalność. Dane o materiale, operacji, urządzeniu i wyniku mogą tworzyć jeden spójny zapis przebiegu produkcji.

Sam standard nie zapewni poprawy, bo efekt zależy od tego, czy jednoznacznie określisz właścicieli informacji i źródła referencyjne. Zgodność z ISA-95 w prezentacji dostawcy nie zastępuje analizy procesu.

Najlepszym punktem wyjścia może być jedno zlecenie produkcyjne. Należy prześledzić je od utworzenia w ERP do rozliczenia wykonania.

Podczas analizy sprawdź:

Na tej podstawie przygotujesz docelowy przepływ oraz określić zakres MES. Przy rozmowach z dostawcami poproś o pokazanie, jak system obsłuży:

Takie pytania szybko ujawnią, czy rozwiązanie ma przemyślany model informacji, czy opiera się na zestawie indywidualnych integracji.

Warsztat analityczny może być dobrym wyborem, gdy nie potrafisz jeszcze jednoznacznie wskazać źródła statusu zlecenia, wyniki produkcji są raportowane ręcznie albo różne działy inaczej definiują te same zasoby.

Wybór MES bez uporządkowania tych kwestii może przenieść istniejące niespójności do nowego systemu.

Dobry warsztat powinien zakończyć się poniższymi materiałami:

Planujesz MES albo porządkujesz integrację z ERP? Zacznij od analizy jednego zlecenia produkcyjnego. Zespół explitia pomoże Ci wskazać źródła danych, granice systemów i zakres potrzebnych interfejsów.

ISA-95 przyniesie Ci największą korzyść wtedy, gdy pomaga podejmować decyzje o danych i odpowiedzialności systemów.

Prześledź jedno zlecenie od planu w ERP, przez wykonanie na linii, po rozliczenie materiałów i jakości. Każdy ręczny zapis, opóźniony status lub niejednoznaczny identyfikator wskaże miejsce wymagające uporządkowania.

Nie jest powszechnie obowiązującym przepisem prawa. To standard referencyjny używany przy projektowaniu integracji systemów biznesowych i produkcyjnych. ISA-95 funkcjonuje również jako seria IEC 62264 oraz PN-EN 62264.

ISA-95 i IEC 62264 opisują ten sam obszar integracji przedsiębiorstwa z systemami sterowania i zarządzania produkcją. Określenie ISA-95 jest często używane w materiałach branżowych, a IEC 62264 w międzynarodowym systemie normalizacyjnym.

Nie. Dostawca może używać terminologii ISA-95 lub odwzorowywać wybrane modele. Trzeba sprawdzić zakres funkcji, strukturę danych oraz sposób integracji z ERP i automatyką.

Nie. ISA-95 jest standardem i modelem odniesienia. MES to oprogramowanie realizujące wybrane działania związane z zarządzaniem produkcją.

Oba są poprawne, lecz mają inny zakres. MES skupia się głównie na realizacji produkcji. MOM obejmuje szersze zarządzanie operacjami, w tym produkcję, jakość, utrzymanie i materiały.

Nie. OPC UA służy do komunikacji i modelowania informacji. ISA-95 porządkuje działania, obiekty oraz przepływ informacji między warstwami przedsiębiorstwa.

Od prześledzenia jednego zlecenia produkcyjnego i ustalenia, który system odpowiada za każdy etap oraz każdą informację. Dopiero później warto projektować interfejsy i wybierać technologie.